EP0040166B1 - Industrial chimney with forced draught - Google Patents
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23L17/00—Inducing draught; Tops for chimneys or ventilating shafts; Terminals for flues
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- F23J13/00—Fittings for chimneys or flues
- F23J13/02—Linings; Jackets; Casings
- F23J13/025—Linings; Jackets; Casings composed of concentric elements, e.g. double walled
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES
- F23J2900/00—Special arrangements for conducting or purifying combustion fumes; Treatment of fumes or ashes
- F23J2900/15004—Preventing plume emission at chimney outlet
Definitions
- the present invention refers to industrial chimneys intended for discharging gaseous products into the atmosphere which we want to get rid of, this term gaseous products including vapors and solid or liquid particles suspended in a gas.
- gaseous products including vapors and solid or liquid particles suspended in a gas.
- the most frequent case is that of combustion products from fireplaces, ovens and the like.
- FR-A- 2122026 discloses a solution according to which the chimney comprises a central column for the flow of the gases to be evacuated, surrounded by a cylindrical sleeve in which air is blown under pressure.
- the column and the sleeve opening vertically substantially in the same horizontal plane, the air comes out in the form of a duct which again delays the condensation of humidity and the formation of a plume of smoke.
- the upward speed provided for the air duct is in principle higher than that of the gaseous products to be discharged, so that here again there is a phenomenon of rapid mixing which considerably reduces the advantages of the device.
- a chimney for the evacuation into the atmosphere of combustion gases or the like comprising a central column for the flow of the stream of gaseous products to be evacuated and an outer wall which surrounds this column at least in its upper part by providing an annular space in which air passes intended to form around at least a fraction of the periphery of this gas stream, a protective sheath delaying the formation of the smoke plume, and of the kind also in which the central column is surmounted by a converging nozzle whose inlet diameter is substantially equal to that of the upper end of said column, is characterized in that it comprises immediately below the base of the nozzle (1 a) radial discharge openings (4) which extend substantially over its entire periphery to communicate the annular space (3) with the interior of the central column (1), while it st provided means for sending into said annular space (3) air or
- the chimney shown in fig. 1 comprises a central column 1 established in any suitable manner, for example in bricks, and an outer wall 2 made for example of concrete, reinforced or unreinforced, and which surrounds the column 1 by providing an intermediate annular space 3.
- the column 1 is ends at the top with a part 1 a of smaller diameter suitable for forming a nozzle or nozzle.
- this part 1a is cylindrical, but it is perfectly possible to provide it converging over at least part of its height.
- the outer wall 2 it is connected to the column 1 towards the base of the part or nozzle 1 a, as indicated in 2a.
- connection between the column 1 and the nozzle 1 a is effected by a rounded part 1 b immediately below which there are provided openings 4 which make the annular space 3 communicate with the interior of the column.
- the hearth, oven or other device 5 which generates the gaseous products to be evacuated is connected to the base of the column 1 by a pipe 6 (shown diagrammatically by a single line) on which a blower fan 7 is inserted, so as to achieve what 'it was agreed to call the forced draw.
- the line 6 could also include any filtration, purification, cooling, dehumidification or other treatment devices that one could desire.
- the intermediate annular space 3 receives via a pipe 8 the air discharged by a fan 9.
- a pressure comparator 10 connected to the respective pipes 6 and 8 by branches 11 and 12, this comparator acting on the fan 9 via any suitable connection, for example mechanical or electrical, which has been shown diagrammatically by the broken line 13.
- the fan 7 discharges the gaseous products to be discharged into the base of the column 1 under a certain overpressure.
- the fan 9 discharges air into the intermediate space 3 under a pressure which the pressure gauge 10 maintains very slightly greater than that generated by the fan 7.
- the assembly being evacuated at high speed by the nozzle 1 a in which the static pressure is transformed into dynamic pressure, that is to say into kinetic energy.
- FIG. 2 We have schematically shown in FIG. 2 the general appearance of the gas jet 14 leaving a chimney according to the invention. This imports a height H.
- the jet 14 of combustion gases or the like and the peripheral air rises first vertically, then gradually tilts under the effect of the wind (indicated by arrow 15).
- the horizontal plume 16 only appears at a height h above the nozzle 1 a, so that from this point of view everything happens as if we were dealing with a conventional chimney of height H + h .
- the jet 14 is at first perfectly transparent and practically invisible. It only takes the usual white color very gradually, for example at the level indicated in 14a. We could also increase this action of the auxiliary air by pre-treating it by heating and / or dehydration before discharging it into space 3.
- auxiliary air is automatically heated by heat exchange with the wall of the column 1. This has the double advantage of reducing the energy required to obtain a determined temperature of this air at the outlet of the openings 4, on the other hand, to avoid excessive heating of said wall in the case of very hot gaseous products.
- auxiliary gas could be other than atmospheric air.
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Description
La présente invention se réfère aux cheminées industrielles destinées à déverser dans l'atmosphère des produits gazeux dont on veut se débarrasser, ce terme de produits gazeux englobant les vapeurs et les particules solides ou liquides en suspension dans un gaz. Le cas le plus fréquent est celui des produits de combustion provenant de foyers, fours et analogues.The present invention refers to industrial chimneys intended for discharging gaseous products into the atmosphere which we want to get rid of, this term gaseous products including vapors and solid or liquid particles suspended in a gas. The most frequent case is that of combustion products from fireplaces, ovens and the like.
Pour réduire au minimum la gêne et la pollution que ces produits peuvent provoquer, il convient que les cheminées correspondantes soient aussi hautes que possible, ce qui aboutit à des constructions coûteuses.To minimize the annoyance and pollution that these products can cause, the corresponding chimneys should be as high as possible, which leads to expensive constructions.
En vue d'éviter cet inconvénient on a proposé dans FR-A-1 350 587 de rejeter sous pression les gaz à évacuer à travers une tuyère convergente disposée en haut de la cheminée, cette tuyère étant entourée par une paroi découpée d'ouvertures. Le jet sortant de la tuyére aspire à travers ces ouvertures un courant d'air qui constitue autour de lui une sorte de gaine protectrice isolante destinée) retarder la condensation de l'humidité des gaz et la formation d'un panache de fumée correspondant. Des petits évents verticaux percés dans la base de la tuyère facilitent l'entraînement de l'air. Du fait même de cet entraînement la gaine d'air s'élève à une vitesse inférieure à celle du jet central de produit gazeux à évacuer, de sorte que dans la zone de contact entre ce jet et la gaine il se forme des tourbillons qui réalisent un mélange rapide entre l'air et le gas, si bien que la surélévation du panache de fumée reste très limitée.In order to avoid this drawback, it has been proposed in FR-A-1 350 587 to reject under pressure the gases to be evacuated through a converging nozzle disposed at the top of the chimney, this nozzle being surrounded by a wall cut out with openings. The jet leaving the nozzle sucks through these openings a current of air which constitutes around it a sort of protective insulating sheath intended to delay the condensation of the humidity of the gases and the formation of a corresponding plume of smoke. Small vertical vents drilled in the base of the nozzle facilitate air entrainment. By the very fact of this drive, the air sheath rises at a lower speed than that of the central jet of gaseous product to be evacuated, so that in the contact zone between this jet and the sheath, vortices are formed which produce a rapid mixing between air and gas, so that the elevation of the smoke plume remains very limited.
FR-A- 2122026 fait connaître une solution suivant laquelle la cheminée comporte une colonne centrale d'écoulement des gaz à évacuer, entourée par un manchon cylindrique dans lequel on souffle de l'air sous pression. La colonne et le manchon débouchant verticalement substantiellement dans un même plan horizontal, l'air sort sous la forme d'une gaine qui là encore retarde la condensation de l'humidité et la formation d'un panache de fumée. Mais la vitesse ascendante prévue pour la gaine d'air est en principe supérieure à celle des produits gazeux à évacuer, de sorte que là encore on retrouve un phénomène de mélange rapide qui réduit considérablement les avantages du dispositif. En outre, même si l'on voulait que ces deux vitesses de gaz soient égales, cela serait très difficle à obtenir de façon constante en dépit des variations de régimes du foyer producteur des gaz à évacuer.FR-A- 2122026 discloses a solution according to which the chimney comprises a central column for the flow of the gases to be evacuated, surrounded by a cylindrical sleeve in which air is blown under pressure. The column and the sleeve opening vertically substantially in the same horizontal plane, the air comes out in the form of a duct which again delays the condensation of humidity and the formation of a plume of smoke. But the upward speed provided for the air duct is in principle higher than that of the gaseous products to be discharged, so that here again there is a phenomenon of rapid mixing which considerably reduces the advantages of the device. In addition, even if it were desired that these two gas velocities be equal, it would be very difficult to obtain it constantly despite the variations in the regimes of the hearth producing the gases to be evacuated.
Il est également connu de souffler de l'air dans une cheminée pour diluer les gaz de combustion. Dans DE-A-2 730 582 l'on décrit un dispositif correspondant suivant lequel la tubulure de soufflage d'air est disposé dans l'axe d'un Venturi réalisé dans la partie supérieure de la cheminée. Mais on comprend qu'avec un tel dispositif le jet d'air se trouve au centre du courant gazeux à évacuer et ne peut aucunement constituer une gaine protectrice l'isolant de l'atmosphère environnante.It is also known to blow air into a chimney to dilute the combustion gases. In DE-A-2 730 582 a corresponding device is described according to which the air blowing pipe is arranged in the axis of a Venturi produced in the upper part of the chimney. But it is understood that with such a device the air jet is at the center of the gas stream to be evacuated and can in no way constitute a protective sheath isolating it from the surrounding atmosphere.
La même remarque s'applique aux dispositifs, tels que celui décrit dans FR-A 1 056 616, dans lesquels en vue d'améliorer la marche des appareils de combustion et d'assurer l'évacuation des buées, on injecte dans une tubulure axiale prévue sur le parcours des fumées, de l'air prélevé dans les locaux où les buées risquent d'apparaître.The same remark applies to devices, such as that described in FR-
L'invention vise à résoudre le problème de la surélévation du panache de fumée résultant de la condensation de l'humidité des gaz de combustion d'une façon plus efficace que cela n'a été possible jusqu'ici. Suivant cette invention, une cheminée pour l'évacuation dans l'atmosphère de gaz de combustion ou autres, du genre comprenant une colonne centrale pour l'écoulement du courant de produits gazeux à évacuer et une paroi extérieure qui entoure cette colonne au moins dans sa partie haute en ménageant un espace annulaire dans lequel passe de l'air destiné à former autour d'une fraction au moins de la périphérie de ce courant gazeux, une gaine protectrice retardant la formation du panache de fumée, et du genre également dans lequel la colonne centrale est surmontée par une tuyère convergente dont le diamètre d'entrée est substantiellement égal à celui de l'extrémité supérieure de ladite colonne, est caractérisée en ce qu'elle comporte immédiatement au-dessous de la base de la tuyère (1 a) des ouvertures radiales de déversement (4) qui s'étendent substantiellement sur toute sa périphérie pour faire communiquer l'espace annulaire (3) avec l'intérieur de la colonne centrale (1 ), tandis qu'il est prévu des moyens pour envoyer dans ledit espace annulaire (3) de l'air ou autre gaz auxiliaire de façon qu'il traverse lesdites ouvertures (4) suivant une direction substantiellement centripète en se trouvant en surpression par rapport audit courant de produits gazeux à évacuer, au niveau de ces ouvertures.The invention aims to solve the problem of the elevation of the plume of smoke resulting from the condensation of the humidity of the combustion gases in a more efficient manner than has hitherto been possible. According to this invention, a chimney for the evacuation into the atmosphere of combustion gases or the like, comprising a central column for the flow of the stream of gaseous products to be evacuated and an outer wall which surrounds this column at least in its upper part by providing an annular space in which air passes intended to form around at least a fraction of the periphery of this gas stream, a protective sheath delaying the formation of the smoke plume, and of the kind also in which the central column is surmounted by a converging nozzle whose inlet diameter is substantially equal to that of the upper end of said column, is characterized in that it comprises immediately below the base of the nozzle (1 a) radial discharge openings (4) which extend substantially over its entire periphery to communicate the annular space (3) with the interior of the central column (1), while it st provided means for sending into said annular space (3) air or other auxiliary gas so that it passes through said openings (4) in a substantially centripetal direction while being in overpressure relative to said stream of gaseous products to evacuate, at these openings.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle susceptible de procurer:
- Fig. 1 est une coupe d'une cheminée suivant l'invention avec indication schématique de l'installation correspondante.
- Fig. 2 montre schématiquement comment se comporte cette cheminée en fonctionnement.
- Fig. 1 is a section through a chimney according to the invention with schematic indication of the corresponding installation.
- Fig. 2 schematically shows how this chimney behaves in operation.
La cheminée représentée en fig. 1 comprend une colonne centrale 1 établie de toute façon appropriée, par exemple en briques, et une paroi extérieure 2 faite par exemple en béton, armé ou non, et qui entoure la colonne 1 en ménageant un espace annulaire intermédiaire 3. La colonne 1 se termine dans le haut par une partie 1 a à moindre diamètre propre à constituer ajutage ou tuyère. Dans la forme d'exécution représentée, cette partie 1 a est cylindrique, mais il est parfaitement possible de la prévoir convergente sur une partie au moins de sa hauteur. Quant à la paroi extérieure 2, elle vient se raccorder à la colonne 1 vers la base de la partie ou tuyère 1 a, comme indiqué en 2a.The chimney shown in fig. 1 comprises a
Le raccordement entre la colonne 1 et la tuyère 1 a s'effectue par une partie arrondie 1 b immédiatement au-dessous de laquelle on a prévu des ouvertures 4 qui font communiquer l'espace annulaire 3 avec l'intérieur de la colonne.The connection between the
Le foyer, four ou autre appareil 5 qui engendre les produits gazeux à évacuer est relié à la base de la colonne 1 par une canalisation 6 (schématisée par un simple trait) sur laquelle est inséré un ventilateur soufflant 7, de manière à réaliser ce qu'il est convenu d'appeler le tirage forcé. Bien entendu la canalisation 6 pourrait en outre comporter tous dispositifs de filtration, épuration, refroidissement, déshumidification ou autre traitement qu'on pourrait désirer. De son côté l'espace annulaire intermédiaire 3 reçoit par une canalisation 8 de l'air refoulé par un ventilateur 9. Il est d'autre part prévu un mano-comparateur 10 relié aux canalisations respectives 6 et 8 par des dérivations 11 et 12, ce comparateur agissant sur le ventilateur 9 par l'intermédiaire d'une liaison appropriée quelconque, par exemple mécanique ou électrique, qu'on a schématisée par le trait interrompu 13.The hearth, oven or other device 5 which generates the gaseous products to be evacuated is connected to the base of the
Pendant la marche, le ventilateur 7 refoule les produits gazeux à évacuer dans la base de la colonne 1 sous une certaine surpression. En même temps le ventilateur 9 refoule de l'air dans l'espace intermédiaire 3 sous une pression que le mano-comparateur 10 maintient très légèrement supérieure à celle engendrée par le ventilateur 7. Dans ces conditions à la base de la tuyère 1 a l'air de l'espace 3 sort radialement à travers les ouvertures 4 suivant une direction centripète et se mélange à la masse de proudits gazeux qui monte dans la colonne 1, l'ensemble s'évacuant à grande vitesse par la tuyère 1 a dans laquelle la pression statique se transforme en pression dynamique, c'est-à-dire en énergie cinétique.During operation, the
Il est toutefois très important de noter qu'en réalité l'air qui sort des ouvertures 4 s'écoule préférentiellement contre la paroi de la tuyère 1 a, de sorte qu'au sortir de celle-ci on se trouve en présence d'un jet gazeux dont la périphérie est presque exclusivement constituée par de l'air. Cette conformation comporte de nombreux avantages:
- 1 °) Du fait qu'une fraction de l'air se mélange aux gaz à évacuer, le jet qui sort de la
tuyère 1 a reste sans solution de continuité dans le sens transversal. En d' autres termes il n'y a pas de séparation entre une lame d'air extérieure et une masse centrale de produits gazeux. - 2°) La gaine d'air presque pur qui adhère au jet central de produits gazeux est relativement sèche et isolante au point de vue thermique. Elle retarde donc considérablement les phénomènes de condensation qui n'apparaissent qu'à une hauteur notable au-dessus de la
tuyère 1 a. - 3°) Du fait de la communication assurée entre l'espace 3 et la
colonne 1 par les ouvertures 4 il se produit à l'entree de latuyère 1 a un phénomène d'auto-régulation des pressions respectives de l'air et des produits gazeux à évacuer. En effet le débit de l'air à travers les ouvertures 4 est fonction non pas de la pression de refoulement du ventilateur 9, mais bien de la différence entre cette pression et celle de tirage forcé assurée par leventilateur 7. Par conséquent les pertes de charges entre la sortie du ventilateur d'air 9 et le débouché desdites ouvertures 4 sont également fonction de cette différence. Il en résulte que les petites erreurs de réglage du mano-compensateur 10 lors des variations d'allure du four 5 sont automatiquement compensées par ces pertes de charge. Si par exemple lors d'une réduction de cette allure et donc de la pression de tirage dans lacolonne 1 le mano-comparateur 10 impose au ventilateur 9 une pression de refoulement trop forte, les pertes de charge interviennent efficacement pour limiter une trop importante augmentation du débit d'air.
- 1) Due to the fact that a fraction of the air mixes with the gases to be evacuated, the jet which leaves the
nozzle 1 a remains without a solution of continuity in the transverse direction. In other words, there is no separation between an external air space and a central mass of gaseous products. - 2) The almost pure air duct which adheres to the central jet of gaseous products is relatively dry and thermally insulating. It therefore considerably delays the condensation phenomena which appear only at a significant height above the
nozzle 1 a. - 3 °) Due to the communication ensured between the
space 3 and thecolumn 1 by the openings 4 it occurs at the inlet of thenozzle 1 has a phenomenon of self-regulation of the respective pressures of the air and gaseous products to be removed. Indeed, the air flow through the openings 4 is not a function of the discharge pressure of the fan 9, but rather of the difference between this pressure and that of forced draft provided by thefan 7. Consequently the losses of charges between the outlet of the air fan 9 and the outlet of said openings 4 are also a function of this difference. As a result, the small adjustment errors of thepressure compensator 10 during variations in the shape of the oven 5 are automatically compensated by these pressure drops. If for example during a reduction of this speed and therefore of the drawing pressure incolumn 1 thepressure comparator 10 imposes on the fan 9 a too high discharge pressure, the pressure drops intervene effectively to limit an excessive increase air flow.
On peut encore noter que la présence de l'air en très légère surpression dans l'espace 3 évite tous les suintements à travers les joints dela colonne 1 (notamment quand celle-ci est faite en briques). En outre la paroi de cette colonne est soumise sur ses deux faces à des pressions pratiquement égales et ne court aucun risque d'éclatement. Quant à la paroi extérieur 2, même si elle comporte des fuites légères, cela est sans importance puisque c'est alors de l'air qui s'échappe vers l'exterieur.It can also be noted that the presence of air in very slight overpressure in
On a schématiquement représenté en fig. 2 l'allure générale du jet de gaz 14 sortant d'une cheminée suivant l'invention. Celle-ci importe une hauteur H. Le jet 14 de gaz de combustion ou autres et l'air périphérique s'élève d'abord verticalement, puis s'incline progressivement sous l'effet du vent (indiqué par la flèche 15). Le panache horizontal 16 n'apparaît qu'à une hauteur h au-dessus de la tuyère 1 a, de sorte qu'à ce point de vue tout se passe comme si l'on avait affaire à une cheminée classique de hauteur H + h. Il convient encore de noter que du fait du retard à la condensation, le jet 14 est au début parfaitement transparent et pratiquement invisible. Il ne prend la couleur blanche usuelle que très progressivement, par exemple au niveau indiqué en 14a. On pourrait d'ailleurs augmenter cette action de l'air auxiliaire en le pré-traitant par chauffage et /ou déshydratation avant de le refouler dans l'espace 3.We have schematically shown in FIG. 2 the general appearance of the gas jet 14 leaving a chimney according to the invention. This imports a height H. The jet 14 of combustion gases or the like and the peripheral air rises first vertically, then gradually tilts under the effect of the wind (indicated by arrow 15). The horizontal plume 16 only appears at a height h above the
. Il est d'ailleurs à noter à cet égard que l'air auxiliaire est automatiquement réchauffé par échange de chaleur avec la paroi de la colonne 1. Cela comporte le double avantage de réduire l'énergie nécessaire à l'obtention d'une température déterminée de cet air à la sortie des ouvertures 4, d'autre part d'éviter un échauffement exccessif de ladite paroi dans le cas de produits gazeux très chauds.. It should also be noted in this regard that the auxiliary air is automatically heated by heat exchange with the wall of the
Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. Le gaz auxiliaire pourrait être autre que l'air atmosphérique. On pourrait le traiter avant de l'envoyer dans l'espace 3. Bien qu'il soit particulièrement avantageux de réaliser cet espace 3 sur toute la hauteur de la cheminée jusqu'à la tuyère 1 a, on pourrait à la rigueur le réduire à une sorte de gorge entourant les ouvertures 4 et qu'une canalisation parallèle à la colonne 1 relierait au ventilateur 9.It should moreover be understood that the above description has been given only by way of example and that it in no way limits the field of the invention from which one would not depart by replacing the execution details described by all other equivalents. The auxiliary gas could be other than atmospheric air. We could treat it before sending it to
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